本发明属于标签天线技术领域，具体涉及一种石墨烯rfid标签天线及其制备方法。
背景技术：
射频识别(radiofrequencyidentification，rfid)技术是通过无线射频信号传输方式实现非接触式自动识别的一种技术。目前常用的rfid标签通常采用金属天线，如铝、铜、银等制备。rfid标签天线的常用制备方法主要为蚀刻法和印刷法。蚀刻法具有成本低、操作简单、精度高、生产速度快等优点，但存在污染大、浪费严重、载体受限的问题。印刷法也是常用的rfid天线制备方法，可以直接将天线印刷在纸基材上。但印刷方法主要采用铜或银材料，这主要是由于纳米银和纳米铜的熔点低可实现低温烧结，但银天线和铜天线的制备成本远高于蚀刻铝天线，并且铜天线容易氧化导致导电性能迅速下降。
石墨烯具有二维纳米结构，其横向尺寸较大易导致印刷出的涂层边缘较为粗糙，难以满足高精度印刷的要求，极易影响rfid标签芯片的快速和准确安装。金属材料可通过印刷或刻蚀等方式制备出高精度图形，能够满足芯片倒装的要求，但成本较高，宜减少其材料消耗。
技术实现要素：
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种rfid标签天线，包括基材、金属图案层、二维碳纳米片图案层；所属金属图案层和二维碳纳米片图案层覆盖在基材表面，所述金属图案层和二维碳纳米片图案层部分重叠。
作为一种优选的技术方案，所述基材选自纸、布、高分子材料中的一种；优选的，所述高分子材料选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚碳酸酯、聚偏氟乙烯、聚氯乙烯、聚酰亚胺、聚丙烯、聚酰胺、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚苯乙烯、聚氨酯中的一种。
作为一种优选的技术方案，所述金属图案层包括封装rfid芯片部位和连接二维碳纳米片图案层部位，其中，所述连接二维碳纳米片图案层部位和二维碳纳米片图案层重叠。
作为一种优选的技术方案，所述连接二维碳纳米片图案层部位和二维碳纳米片图案层重叠部分宽度l为1-10mm。
作为一种优选的技术方案，所述封装rfid芯片部位包括桥接线路，所述rfid芯片与桥接线路之间设置有各向异性导电胶。
作为一种优选的技术方案，所述封装rfid芯片部位的相邻桥接线路距离为0.01-1mm。
作为一种优选的技术方案，所述二维碳纳米片图案层中二维碳纳米片为石墨烯纳米片或石墨炔纳米片；所述石墨烯纳米片的平均厚度≤100nm，平均横向尺寸≤50μm。
作为一种优选的技术方案，所述金属图案层的厚度为1-40微米；所述二维碳纳米片图案层的厚度为1-100微米。
作为一种优选的技术方案，所述金属图案层的制备原料包括：以所述金属图案的重量为100％计，包括金属导电材料40-100％和第一聚合物0-60％。
本发明的第二方面提供了所述的rfid标签天线的制备方法，包括以下步骤：(1)在基材表面制备金属图案层；(2)将含二维碳纳米片的油墨涂敷在基材及与金属图案重叠部分制备二维碳纳米片图案层，烘干。
有益效果：所述rfid标签天线采用金属导电材料制作金属图案层作为芯片倒装接口，石墨烯纳米片制作其余天线可有效降低标签天线成本和芯片安装难度，有利于进一步降低rfid标签的成本，推进其进一步应用。
附图说明：
图1为rfid标签天线立体图；
图2为rfid标签天线分解图；
图3为rfid标签天线剖面结构示意图。
图4为“┣┨”形状中相邻桥接线路距离l1；
图5为
符号说明：1-基材；2-金属图案层；3-二维碳纳米片图案层；4-桥接线路；21-封装rfid芯片部位；22-连接二维碳纳米片图案层部位。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
为了解决上述问题，本发明提供了一种rfid标签天线，包括基材、金属图案层、二维碳纳米片图案层；所属金属图案层和二维碳纳米片图案层覆盖在基材表面，所述金属图案层和二维碳纳米片图案层部分重叠。
所述基材选自纸、布、高分子材料中的一种；
优选的，所述高分子材料选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚碳酸酯、聚偏氟乙烯、聚氯乙烯、聚酰亚胺、聚丙烯、聚酰胺、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚苯乙烯、聚氨酯中的一种。
所述高分子材料具有良好的化学稳定性及优异的加工性能，是柔性电子技术发展的基础和关键。在高分子材料表面设置金属图案层、石墨烯纳米片图案层使得其不仅具有金属的导电、导热等性质，而且具有优异的可弯折性。
优选的，所述金属图案层包括封装rfid芯片部位和连接二维碳纳米片图案层部位，其中，所述连接二维碳纳米片图案层部位和二维碳纳米片图案层重叠。
优选的，所述连接二维碳纳米片图案层部位和二维碳纳米片图案层重叠部分宽度l为1-10mm。
所述金属图案层的厚度没有特别限制，为本领域常用的厚度，优选的，所述金属图案层的厚度为1-40微米。
所述rfid芯片为市售商品，可以列举的有半双工rfid芯片、低频rfid芯片、超频rfid芯片。
所述封装rfid芯片部位包括桥接线路，所述rfid芯片与桥接线路之间设置有各向异性导电胶。
所述桥接线路的形状根据rfid芯片类型的不同进行设计，包括“┃┃”形状、“┕┙”形状、“┣┨”形状、
所述封装rfid芯片部位的相邻桥接线路距离为0.01～1mm；所述“距离”指相邻桥接线路的最短距离，例如，如图4，“┣┨”形状中相邻桥接线路距离l1为0.01-1mm；如图5，
所述金属图案层的制备方法选自印刷、刻蚀、电镀中的一种。所述印刷方法没有特别限制，可以列举的有丝网印刷、平板印刷、凹版印刷。所述刻蚀方法没有特别限制，为本领域常用的方法，可以列举的有干法刻蚀和湿法刻蚀。
所述金属图案层的制备原料包括：以所述金属图案的重量为100％计，包括金属导电材料40-100％和第一聚合物0-60％。
所述金属导电材料选自铜、银、金、铝、锌、锡、铁中的一种。
所述第一聚合物选自环氧树脂、酚醛树脂、聚酯树脂、不饱和聚酯树脂、有机硅树脂、氟碳树脂、丙烯酸树脂、醇酸树脂、乙烯基树脂、乙基纤维素、合成纤维素树脂、聚酰胺树脂、氯醋树脂、聚氨酯树脂、聚偏氟乙烯树脂、合成橡胶中的一种或多种。
本申请人发现，随着rfid标签天线尺寸的缩小，金属图案的质量要求也越来越高，通过选用金属导电材料和丝网印刷、刻蚀等方法，提高金属图案的边缘质量，使得rfid芯片能够很好的和金属图案实现电连接；而且采用金属导电材料制作芯片倒装接口，二维碳纳米片制作其余天线可有效降低标签天线成本和芯片安装难度，有利于进一步降低rfid标签的成本，推进其进一步应用。
所述二维碳纳米片图案层通过将含二维碳纳米片的油墨涂敷在基材及与金属图案重叠部分得到。
所述涂敷方法可以列举的有丝网印刷法、镂空模板印刷法、凹版印刷法、喷墨印刷法。
按重量百分比计算，所述含二维碳纳米片的油墨包括32-50％二维碳纳米片，10-20％第二聚合物，0-12％导电填料，溶剂补充至100％。
所述含二维碳纳米片的油墨可以为市售商品。
优选的，所述二维碳纳米片为石墨烯纳米片或石墨炔纳米片；所述石墨烯纳米片的平均厚度≤100nm，平均横向尺寸≤50μm；优选的，所述石墨烯纳米片的平均厚度为1-30nm，平均横向尺寸为2-10μm。
所述石墨烯纳米片的来源无特别限制，可以自制，也可以购买，自制方法包括但不限于液相超声剥离法，购买厂家包括但不限于南京先丰纳米材料有限公司。
本申请人发现，在制造标签天线过程中，石墨烯纳米片经印刷到基材干燥后，由于细微导电粒子间的距离变小，因此在外加电场的作用下自由电子移动形成电流，提高了标签天线的导电性能。
所述第二聚合物选自天然高分子材料、合成高分子材料、改性高分子材料中的任意一种或更多种；进一步的，所述第二聚合物选自环氧树脂、酚醛树脂、聚酯树脂、不饱和聚酯树脂、有机硅树脂、氟碳树脂、丙烯酸树脂、丙烯酸酯类低聚物和活性单体、醇酸树脂、乙烯基树脂、乙基纤维素、合成纤维素树脂、聚酰胺树脂、氯醋树脂、聚氨酯树脂、聚偏氟乙烯树脂、合成橡胶中的任意一种或多种。
所述导电填料选自炭黑、石墨、碳纳米管、碳纤维、纳米银、纳米铜中的任意一种或多种。
所述溶剂无特别限制，可以列举的有酯类、醚类、醇类、烷烃类、芳香烃类。
所述含二维碳纳米片的油墨的制备方法无特别限制，为本领域常用的制备方法，将各个组份混合均匀即得。
所述rfid标签天线的制备方法，包括以下步骤：(1)在基材表面制备金属图案层；(2)将含二维碳纳米片的油墨涂敷在基材及与金属图案重叠部分制备二维碳纳米片图案层，烘干。
所述二维碳纳米片图案层的厚度为1-100微米。
在第一实施方式中，按重量份计算，所述含二维碳纳米片的油墨包括30份石墨烯纳米片，13份三氯醋树脂，35份二元酸酯；石墨烯纳米片的平均厚度为20-40nm，平均横向尺寸为1-20μm；将含二维碳纳米片的油墨涂敷在pet基材及与铝金属图案重叠部分，将nxpucode8超频芯片倒装在天线上组成射频传输标签，其读写传输距离在1-3m。
在第二实施方式中，按重量份计算，所述含二维碳纳米片的油墨包括50份石墨烯纳米片，3份碳纳米管，13份三氯醋树脂，30份二元酸酯，10份醋酸乙酯；石墨烯纳米片的平均厚度为5-20nm，平均横向尺寸为1-5μm；将含二维碳纳米片的油墨涂敷在pet基材及与铜金属图案重叠部分，将alienhiggs-3超频芯片倒装在天线上组成射频传输标签，其读写传输距离在1.2-4.5m。
在第三实施方式中，按重量份计算，所述含二维碳纳米片的油墨包括30份石墨烯纳米片，10份科琴黑，15份聚氨酯，40份二元酸酯；石墨烯纳米片的平均厚度为20-40nm，平均横向尺寸为1-20μm；将含二维碳纳米片的油墨涂敷在pet基材及与铝金属图案重叠部分，将alienhiggs-3超频芯片倒装在天线上组成射频传输标签，其读写传输距离在2-8m。
在第四实施方式中，按重量份计算，所述含二维碳纳米片的油墨包括50份石墨烯纳米片，5份纳米银，20份环氧树脂，50份甲苯；石墨烯纳米片的平均厚度为1-5nm，平均横向尺寸为1-5μm；将含二维碳纳米片的油墨涂敷在pet基材及与铜金属图案重叠部分，将impinjr6超频芯片倒装在天线上组成射频传输标签，其读写传输距离在1.5-5m。
石墨烯纳米片为层片状结构，电阻率相对较低，但石墨烯纳米片层与层之间容易出现间隙，导电通路数量较少，不利于构建完整的空间导电网络结构，影响了标签天线的传输性能。通过加入结构性高、比表面积大的导电填料，有利于构建完整的空间导电网络结构。但是，由于导电填料结构性高、比表面积大、吸油值高，导致体系粘度高，加工性差。本申请人发现，将石墨烯纳米片与导电填料共同使用，石墨烯纳米片以导电填料为节点进行分布，构建完整的空间导电网络结构，增加体系的导电通路数量，既能解决石墨烯纳米片导电网络的缺陷，又能减少体系中导电填料的填充量，降低体系的粘度，改善油墨的加工性能。特别导电填料是科琴黑时，与石墨烯纳米片充分接触，大大提高了电流密度。
标签工作时，标签天线将接收来自阅读器发出的磁信号，并转化为电信号；标签芯片工作时通过天线将电信号转化成磁性号发射出去。本申请通过精心设计金属图案层和二维碳纳米片图案层，使得rfid芯片与标签天线之间的功率很好的匹配，提高“电-磁”转化率，rfid芯片接收到感应电压增大，天线发射出去的磁信号增大，从而增加标签天线读写输出距离。
下面通过实施例对本发明进行具体描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的专业技术人员根据上述本发明的内容做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
另外，如果没有其它说明，所用原料都是市售得到的。
实施例
实施例1
一种rfid标签天线，如图1和图2，包括基材1、金属图案层2、二维碳纳米片图案层3；所属金属图案层2和二维碳纳米片图案层3覆盖在基材1表面，所述金属图案层2包括封装rfid芯片部位21和连接二维碳纳米片图案层部位22，其中，所述连接二维碳纳米片图案层部位22和二维碳纳米片图案层3重叠，所述连接二维碳纳米片图案层部位22和二维碳纳米片图案层3重叠部分宽度l为5mm。
所述封装rfid芯片部位包括桥接线路4，所述rfid芯片与桥接线路4之间设置有各向异性导电胶。所述封装rfid芯片部位的相邻桥接线路距离为0.05±0.01mm。
所述金属图案层的厚度为20微米；所述二维碳纳米片图案层的厚度为60微米。
基材1为pet基材；
所述金属图案层2的制备原料为铝；
按重量份计算，所述含二维碳纳米片的油墨包括30份石墨烯纳米片，13份三氯醋树脂(厂家为韩国韩华，型号为cp427)，35份二元酸酯dbe；石墨烯纳米片的平均厚度为30nm，平均横向尺寸为10μm；将各个组分经高速搅拌机以2000转/min的转速搅拌1小时混合均匀，即得含二维碳纳米片的油墨。
所述rfid标签天线的制备方法，包括以下步骤：(1)通过刻蚀方式在pet基材表面制备出铝金属图案；(2)将含二维碳纳米片的油墨通过丝网印刷在基材及与金属图案重叠部分，烘干。
测得二维碳纳米片图案层的方阻为10ωsq-1，将nxpucode8超频芯片倒装，组成射频传输标签，其读写传输距离在1-1.2m。
实施例2
一种rfid标签天线，具体实施方式同实施例1，不同点在于，
基材1为pet基材；
所述金属图案层2的制备原料为铜；
按重量份计算，所述含二维碳纳米片的油墨包括50份石墨烯纳米片，3份碳纳米管(厂家为lg化学，型号为bt1001m)，13份三氯醋树脂(厂家为韩国韩华，型号为cp427)，30份二元酸酯dbe，10份醋酸乙酯；石墨烯纳米片的平均厚度为10nm，平均横向尺寸为3.5μm；将各个组分经高速搅拌机以2000转/min的转速搅拌1小时混合均匀，即得含二维碳纳米片的油墨。
所述rfid标签天线的制备方法，包括以下步骤：(1)通过刻蚀方式在pet基材表面制备出铜金属图案；(2)将含二维碳纳米片的油墨通过丝网印刷在基材及与金属图案重叠部分，烘干。
测得二维碳纳米片图案层的方阻为6ωsq-1，将alienhiggs-3超频芯片倒装，组成射频传输标签，其读写传输距离在4-4.5m。
实施例3
一种rfid标签天线，具体实施方式同实施例1，不同点在于，
基材1为pet基材；
所述金属图案层2的制备原料为铝；
按重量份计算，所述含二维碳纳米片的油墨包括30份石墨烯纳米片，10份科琴黑(厂家为阿克苏诺贝，型号为ec300j)，15份聚氨酯(厂家为洛阳黎明化工，型号为jm-1016)，40份二元酸酯dbe；石墨烯纳米片的平均厚度为30nm，平均横向尺寸为10μm；将各个组分经高速搅拌机以2000转/min的转速搅拌1小时混合均匀，即得含二维碳纳米片的油墨。
所述rfid标签天线的制备方法，包括以下步骤：(1)通过刻蚀方式在pet基材表面制备出铝金属图案；(2)将含二维碳纳米片的油墨通过丝网印刷在基材及与金属图案重叠部分，烘干。
测得二维碳纳米片图案层的方阻为5ωsq-1，将alienhiggs-3超频芯片倒装，组成射频传输标签，其读写传输距离在7.7-8m。
实施例4
一种rfid标签天线，具体实施方式同实施例1，不同点在于，
基材1为pet基材；
所述金属图案层2的制备原料为铜；
按重量份计算，所述含二维碳纳米片的油墨包括50份石墨烯纳米片，5份纳米银(厂家为上海卜微应用材料，型号为a102)，20份环氧树脂(厂家为美国瀚森，型号为epon1004f)，50份甲苯；石墨烯纳米片的平均厚度为2nm，平均横向尺寸为2μm；将各个组分经高速搅拌机以2000转/min的转速搅拌1小时混合均匀，即得含二维碳纳米片的油墨。
所述rfid标签天线的制备方法，包括以下步骤：(1)通过刻蚀方式在pet基材表面制备出铝金属图案；(2)将含二维碳纳米片的油墨通过丝网印刷在基材及与金属图案重叠部分，烘干。
测得二维碳纳米片图案层的方阻为2ωsq-1，将impinjr6超频芯片倒装，组成射频传输标签，其读写传输距离在4.6-5m。
实施例5
一种rfid标签天线，具体实施方式同实施例3，不同点在于，石墨烯纳米片的平均厚度为10nm，平均横向尺寸为3.5μm；
测得二维碳纳米片图案层的方阻为9ωsq-1，将alienhiggs-3超频芯片倒装，组成射频传输标签，其读写传输距离在3.6-4.9m。
对比例1
一种rfid标签天线，具体实施方式同实施例3，不同点在于，按重量份计算，所述含二维碳纳米片的油墨包括10份石墨烯纳米片，30份科琴黑(厂家为阿克苏诺贝，型号为ec300j)，15份聚氨酯(厂家为洛阳黎明化工，型号为jm-1016)，40份二元酸酯dbe；石墨烯纳米片的平均厚度为30nm，平均横向尺寸为10μm；将各个组分经高速搅拌机以2000转/min的转速搅拌1小时混合均匀，即得含二维碳纳米片的油墨。
测得二维碳纳米片图案层的方阻为7.8ωsq-1，将alienhiggs-3超频芯片倒装，组成射频传输标签，其读写传输距离在4.5-4.9m。
对比例2
一种rfid标签天线，具体实施方式同实施例3，不同点在于，按重量份计算，所述含二维碳纳米片的油墨包括15份石墨烯纳米片，10份科琴黑(厂家为阿克苏诺贝，型号为ec300j)，15份聚氨酯(厂家为洛阳黎明化工，型号为jm-1016)，40份二元酸酯dbe；石墨烯纳米片的平均厚度为30nm，平均横向尺寸为10μm；将各个组分经高速搅拌机以2000转/min的转速搅拌1小时混合均匀，即得含二维碳纳米片的油墨。
测得二维碳纳米片图案层的方阻为11.5ωsq-1，将alienhiggs-3超频芯片倒装，组成射频传输标签，其读写传输距离在2.4-3.1m。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对发明作其他形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或更改为等同变化的等效实施例，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改，等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。